給排水管道頂管施工論文

 摘要：本文通過對廣東某開發區內規劃路沿線頂管施工段的工程實踐經驗，闡述了頂管施工技術在給排水管道工程中的應用，并取得了顯著的成效。

關鍵詞：頂管平衡泥水工作井

1頂管施工技術方案選擇

1.1經調查分析研究及結合本公司在設備和施工及相關的技術能力，采用了密封泥水平衡式頂管工藝進行施工。

1.2泥水式平衡頂管機相比于土壓式平衡頂管機，能有效平衡地下水、對付流沙和淤泥質地層。同時泥水式平衡頂管施工比土壓式平衡頂管施工具有以下優點：①可連續頂進作業，施工速度快；②人員不用進入管道作業，安全性高；③在淤泥質和砂層中頂進，對地質環境影響小，能有效控制施工精度，而且成本低等。

1.3頂管施工主要設備該工程選取了GTNSΦ1500泥水平衡頂管機，50T吊機1臺、25T吊機1臺，后座泵站2套、整體式頂進構架2套、泥水處理系統2套、激光水準儀1臺、全站儀1臺、水準儀1臺、經緯儀1臺，另外還有通用設備電焊機、水泵等。

1.4頂管施工工藝流程施工前期準備→測量放樣、復核→工作井施工→攪拌樁施工→工作井上下設備安裝準備→工具頭吊裝下井、全套設備調試→工具頭穿墻頂進→后續吊放管道→管道頂進、測量控制及糾偏→管道排泥和廢泥漿外運→下一管節吊放就位→下段頂管頂進→管道貫通、回收工具頭→閉水試驗→竣工驗收、清場。

1.5施工順序頂管法施工采取先施工頂管工作井及接收井，后頂進管道，然后施工檢查井的施工順序。頂管工作井及接收井施工、管節制作、頂進施工、檢查井施工盡可能平行交叉進行，以縮短工期。

2頂管工程力學參數確定

2.1頂力計算

本工程采用頂管總頂力計算的經驗公式進行計算：

F=F0+F1

F0=αpeBC2π/4

F1=RSL

F0——初始頂力（kN）

F1——管壁摩擦力（kN）

α——綜合系數，本工程取淤泥質土系數值1

pe——土倉的壓力（kpa），pe=150kpa

BC=管外徑（m），取2.238m

R——綜合摩擦阻力（kpa），本工程取淤泥質土值2；

S——管外周長（m），=3.1415*2.238＝7.03m；

L——推進長度（m），本工程考慮L=400m。

初始頂力：F0=1.5*150*2.2382*π/4=885kN

管壁摩擦力：F1=2*7.03*400=5624kN

總推力：F=885+5624=6509kN=651T

說明：以上的管壁摩擦力計算沒有考慮觸變泥漿減摩效果，施工是采用觸變泥漿減摩，可以有效折減管壁摩阻力。

工具頭正面泥水壓力：F1=π×D2/4×P其中

F1——頂管泥水阻力(t)

D——頂管外徑(m)

σ——頂管泥水最大壓力(t/m2)

σ與土層密實度、土層含水量、地下水位狀況有關。根據有關工程統計資料和本工程的分析，估算工具頭正面泥水壓力為50t/m2左右，F1=π×D2/4×P＝π×2.2382/4×50＝196T

管壁摩擦阻力：F2=S×L×f其中

S—頂管外周長(m)

L—最長一段頂管長度(m)

f—綜合摩擦力系數(T/m2)

f與管道的埋設深度、土質、地下水位等因素有關。根據有關工程統計資料和本工程的分析，估算綜合摩擦力系數f=1.3T/m2。F2=S×L×f=π×2.238×60×1.0＝421T

在考慮一次頂進距離為60-70m時，頂管總阻力為以上阻力之和：F=F1+F2≈617t

根據該管徑鋼管的要求，其不能承受的以上頂力，頂力較大，需要增加中繼環，頂進的后座采用4個200T的千斤頂，中繼環采用10個30T千斤頂，共計300T。頂管中繼環布置按照“工具頭20m—中繼環—后座60m”來布置。另外，頂管過程還要采用減阻措施，通常減少管壁摩擦阻力的措施有：管壁與泥土間壓觸變泥漿減阻(優質膨潤土拌制而成)，注漿需要管節間的密封良好，否則漿體會在管節間泄漏起不到應有的作用，減阻效果好時，f—綜合摩擦力系數可以降低到0.3-0.8T/m2左右，將觸變泥漿的減阻作為保險系數。

2.2管材受力計算鋼管內徑d=2220mm，厚度t=18mm，每節管長度6000mm，管的端頭采用焊接接頭。端面受力面積s=π×(2.238×2.238-2.22×2.22)/4=0.063m2

可承受的最大頂力為：F=s×5000T/m2/4=78.8T。

3各主要工序施工方法

3.1頂進前準備所有機械設備交班檢查頂進前，機械工需要進行交接班手續，將記錄的設備運轉情況表交給下一個班組的機械工，并進行口頭的設備運轉狀況交班，剛上班的機械工需要對控制臺、各個泥漿泵、管道、測量系統、工具頭等進行例行檢查。

3.2工具頭刀盤轉動、開進出渣漿泵交班和例行檢查完畢后，接通電源，將工具頭的刀盤轉動，當設備的參數穩定后，開進出渣漿泵，開始泥漿循環。

3.3調整進出渣漿泵流量達到平衡工具頭的操作全部采用在管道外(工作井上)控制臺控制，只需1個機手操作，可實現對工具頭刀具的轉動、糾偏控制、壓力顯示、時時監控(工具頭安裝了攝像頭、控制臺上安裝了電視機)。頂進千斤頂，觀察工作倉的土壓力表，調節渣漿泵的流量達到工作倉的泥水平衡，其平衡的原理是，當進泥和吸泥泵穩定工作時，調節進泥和吸泥的泵量，使工作倉內應保持一定壓力，倉內泥水壓力應與地下水壓力相平衡，泥水壓力過大，地面隆起；泥水壓力過小，地面沉陷，所以控制頂進與出泥的速度相當關鍵。

3.4泥水處理系統處理好砂土、裝車、外運采用泥水平衡式工具頭出土，需要在工具頭中注入含有一定泥量的泥漿，通過大刀盤切削工具頭前方的原狀土，與注入的泥水攪拌，泥水通過吸泥泵排到地表泥水處理系統處理，泥漿可以反復循環使用，處理好的泥沙用泥漿車外運。

3.5測量工具頭的偏位、作好記錄、糾偏測量方法，在工作井后座位置設置測量機座，測量基座由地面引入地下，避免工作井的變形引起的誤差，將全站儀放置在其上調平后，使全站儀發射的激光沿著頂進方向水平射出，打在工具頭的測量靶位上，通過望遠鏡讀出工具頭的偏差。每隔0.5m記錄一次。

3.61個行程頂完后，整體式頂進構架調節頂塊當頂完1個行程后，停止頂進，調節整體式頂進構架頂塊，可繼續頂進下一個行程。

3.7觸變泥漿系統頂進過程中，需要經常進行壓觸變泥漿工作，以減少頂進的阻力，觸變泥漿系統由拌漿、注漿和管道三部分組成。拌漿是把注漿材料兌水以后再攪拌成所需的漿液(造漿后應靜置24小時后方可使用)。注漿是通過注漿泵進行的，根據壓力表和流量表，它可以控制注漿的壓力(壓力控制在水深的1.1～1.2倍)和注漿量(計量桶控制)。管道分總管和支管，總管安裝在管道內一側，支管則把總管內壓送過來的漿液輸送到每個注漿孔上去。注漿孔布置為：工具頭后3節管各設一道、之后每間距5m設一道補漿孔(間隔2節砼管)。

注漿流程：造漿靜置→注漿→頂管推進(注漿)→頂管停頂→停止注漿

3.8頂完一節管后，拆開各管路、鋼管吊裝、各管路安裝頂完一節管后，拆開所有管線（電力電纜、信號線、油管、進出泥漿管、觸變泥漿管），進行鋼管吊裝焊接后，安裝好所有管線，繼續頂進。

3.9其他附屬施工方法①頂管工作面排水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。②頂管內面無人，如果需要進去維修設備等，進管之前需要通風，采用壓入強制性通風措施，用風機通過1.5英寸鐵管向頂管工具頭壓風。③施工用電主干線采用380V三相五線制，接通地面、工作井、管道內、工具頭、管道照明采用12－24V低壓電源供電。

4總結

頂管過程是一個復雜的力學過程，它涉及材料力學、巖土力學、流體力學、彈塑性力學等諸多學科。但頂管施工必須嚴格控制好頂管推力，而對頂管計算復核能夠準確估計頂管的推力。頂管的推力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具頭正面泥水壓力、管壁摩擦阻力。泥水平衡壓力：在封閉的工作倉內加泥水壓力平衡地下水壓力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水壓力一定要合理。壓力較小，大量的泥砂涌入，會造成路面破壞，地表設施受損；壓力過大，會增大主千斤頂負荷，嚴重的可能產生冒頂現象。該工程通過了嚴密的頂管計算，采取了先進的頂管設備，成功高效地完成了該路段頂管施工的工作。